JPH11259906A

JPH11259906A - 光学ヘッド、記録及び／又は再生装置、記録及び／又は再生方法、並びに厚み検出方法

Info

Publication number: JPH11259906A
Application number: JP10345949A
Authority: JP
Inventors: Mitsunori Ueda; 充紀植田; Takeshi Kubo; 毅久保; Junichi Suzuki; 潤一鈴木; Satoshi Sakamoto; 敏坂本; Hiroshi Kawamura; 洋川村
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-01-09
Filing date: 1998-12-04
Publication date: 1999-09-24

Abstract

(57)【要約】【課題】光学ヘッドに搭載される対物レンズの開口数
ＮＡを大きくしても、球面収差の発生量が少なくて済む
ようにし、これにより、光ディスクの高記録密度化及び
大容量化を図れるようにする。【解決手段】記録層上に光透過層４が形成されてなる
光ディスク２に対して記録再生を行う際に使用される光
学ヘッド１に、コリメータレンズ用アクチュエータ１４
を設ける。そして、このコリメータレンズ用アクチュエ
ータ１４によって、光透過層４の厚み誤差に起因する球
面収差を打ち消すように、光源１０と対物レンズ１６と
の間に配されたコリメータレンズ１３を移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスク等のよ
うな情報記録媒体に対して記録及び／又は再生を行う際
に使用される光学ヘッド、並びにそのような光学ヘッド
を備えた記録及び／又は再生装置に関する。また、本発
明は、光ディスク等のような情報記録媒体の記録及び／
又は再生方法に関する。さらに、本発明は、記録層上に
光透過層が形成されてなる情報記録媒体の光透過層の厚
み検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】再生専用光ディスク、相変化型光ディス
ク、光磁気ディスク又は光カード等の如き情報記録媒体
は、映像情報、音声情報又はコンピュータ用プログラム
等のデータを保存するために、広く使用されている。そ
して、これらの情報記録媒体に対する高記録密度化及び
大容量化の要求は、近年ますます強くなっている。

【０００３】このような情報記録媒体の記録密度を上げ
るには、光学ヘッドに搭載される対物レンズの開口数Ｎ
Ａを大きくするとともに、使用する光の波長λを短くし
て、対物レンズによって集光される光のスポット径を小
径化することが有効である。

【０００４】そこで、例えば、デジタル光ディスクとし
て比較的に初期に実用化されたＣＤ（コンパクトディス
ク）では、対物レンズの開口数ＮＡが０．４５、使用す
る光の波長が７８０ｎｍとされているのに対して、コン
パクトディスクよりも高記録密度化及び大容量化がなさ
れたデジタル光ディスクであるＤＶＤでは、対物レンズ
の開口数ＮＡが０．６、使用する光の波長が６５０ｎｍ
とされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、通常、光デ
ィスク等のような情報記録媒体は、情報信号が記録され
る記録層上に光透過層を有しており、この光透過層を介
して記録層に光を照射することにより記録や再生が行わ
れる。このとき、光透過層の厚さに誤差があり、規定値
からずれていると、当該誤差に起因して球面収差が生じ
る。この球面収差のうち、例えば３次の球面収差Ｗ
₄₀は、下記式（１）で表される。なお、下記式（１）に
おいて、Δｔは光透過層の厚み誤差、ｎは光透過層の屈
折率、ＮＡは対物レンズの開口数である。

【０００６】Ｗ₄₀＝｛Δｔ（ｎ²−１）／（８ｎ³）｝ＮＡ⁴ ・・・（１）上記式（１）に示すように、光透過層の厚み誤差に起因
する球面収差は、開口数ＮＡの４乗に比例して増加す
る。したがって、特に開口数ＮＡを大きくした場合、こ
の球面収差の発生を抑えることが非常に重要となる。

【０００７】この球面収差を抑えるためには、上記式
（１）からも分かるように、光透過層の厚さの公差を厳
しくして、光透過層の厚み誤差を小さくすることが効果
的である。例えば、ＤＶＤにおいて光透過層の厚さの公
差は±０．０３ｍｍであり、光透過層の厚み誤差に起因
する球面収差をＤＶＤの場合（すなわち開口数ＮＡが
０．６の場合）と同程度に抑えるには、光透過層の厚み
誤差Δｔを下記式（２）を満たす範囲内とすればよい。

【０００８】 −０．００３８８／ＮＡ⁴≦Δｔ≦＋０．００３８８／ＮＡ⁴ ・・・（２）上記式（２）から、開口数ＮＡを大きくしたときに、球
面収差の発生をＤＶＤのときと同程度に抑えるために要
求される公差を求めることができる。すなわち、上記式
（２）から、例えば開口数ＮＡ＝０．７のときには−
０．０１６ｍｍ≦Δｔ≦＋０．０１６ｍｍとすればよ
く、また、例えば開口数ＮＡ＝０．８５のときには−
０．００７４ｍｍ≦Δｔ≦＋０．００７４ｍｍとすれば
よいことが分かる。

【０００９】しかしながら、光透過層の厚さの公差を厳
しくすることは非常に困難である。光透過層の厚さを一
定に変更することは量産システムにおいて大きな工程変
更ではないが、光透過層の厚み誤差の大きさは情報記録
媒体の製造方法に依存するため、その精度を上げること
は非常に困難であり、たとえ実現したとしても、大幅な
工程変更等が必要であり、製造コストの大幅な上昇を伴
ってしまう。したがって、球面収差を抑えるために光透
過層の厚さの公差を厳しくすることは、あまり有効な手
段とは言えない。

【００１０】本発明は、以上のような従来の実情に鑑み
て提案されたものであり、開口数ＮＡを大きくしても球
面収差を抑えることが可能な光学ヘッド並びに記録及び
／又は再生装置を提供することを目的としている。ま
た、本発明は、開口数ＮＡを大きくしても球面収差を抑
えることが可能な記録及び／又は再生方法を提供するこ
とも目的としている。また、本発明は、記録層上に光透
過層が形成されてなる情報記録媒体の光透過層の厚みを
簡便に検出することのできる厚み検出方法を提供するこ
とも目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る光学ヘッド
は、情報信号が記録される記録層上に光透過層を有する
情報記録媒体用の光学ヘッドである。そして、光を出射
する光源と、上記光源からの光を上記光透過層を介して
上記記録層上に集光させる対物レンズと、上記光源と上
記対物レンズとの間に配された所定の屈折力を有する光
学素子と、上記光透過層の厚さに応じて球面収差を打ち
消すように上記光学素子を移動させる移動手段とを備え
ることを特徴とする。

【００１２】なお、上記光学ヘッドにおいて、上記光学
素子としては、例えば、コリメータレンズが好適であ
る。このコリメータレンズは、上記光透過層の厚さが規
定値通りの場合には、上記光源から出射され上記対物レ
ンズに入射する光を略平行光とするものである。

【００１３】また、上記光学ヘッドにおいて、対物レン
ズの開口数ＮＡを０．６５以上とする場合、上記情報記
録媒体としては、光透過層の膜厚が０．４７ｍｍ以下の
ものが好適である。

【００１４】また、上記光学ヘッドにおいて、光学素子
を移動させる移動手段としては、光源から出射し光学素
子に入射する光の光軸に対して略平行に配された基準軸
と、光学素子を支持するととともに基準軸に沿って平行
移動可能とされた光学素子支持手段と、モータと、モー
タの回転を光軸方向に沿った平行移動に変換して光学素
子支持手段に伝達するギヤ機構とを備えたものが好適で
ある。この場合、移動手段は、モータの回転をギヤ機構
によって光軸方向に沿った平行移動へと変換して光学素
子支持手段を動かすことで、光透過層の厚さに応じて、
球面収差を打ち消すように光学素子を移動させる。

【００１５】以上のような本発明に係る光学ヘッドで
は、光源と対物レンズとの間に配された所定の屈折力を
有する光学素子を、光透過層の厚さに応じて球面収差を
打ち消すように、移動手段により移動するようにしてい
る。したがって、光透過層に厚み誤差があったとして
も、当該厚み誤差に起因する球面収差の発生を抑えるこ
とができる。

【００１６】また、本発明に係る記録及び／又は再生装
置は、情報信号が記録される記録層上に光透過層を有す
る情報記録媒体に対して記録及び／又は再生を行う記録
及び／又は再生装置であって、上記光透過層の厚さを検
出する厚さ検出手段と、上記情報記録媒体に対して上記
光透過層を介して上記記録層に光を照射するとともにそ
の反射光を検出する光学ヘッドとを備える。そして、上
記光学ヘッドが、光を出射する光源と、上記光源からの
光を上記光透過層を介して上記記録層上に集光させる対
物レンズと、上記光源と上記対物レンズとの間に配され
た所定の屈折力を有する光学素子と、上記厚さ検出手段
によって検出された上記光透過層の厚さに応じて球面収
差を打ち消すように上記光学素子を移動させる移動手段
とを備えていることを特徴としている。

【００１７】なお、上記記録及び／又は再生装置におい
て、上記光学素子としては、例えば、コリメータレンズ
が好適である。このコリメータレンズは、上記光透過層
の厚さが規定値通りの場合には、上記光源から出射され
上記対物レンズに入射する光を略平行光とするものであ
る。

【００１８】また、上記記録及び／又は再生装置におい
て、上記対物レンズの開口数ＮＡを０．６５以上とする
場合、上記情報記録媒体としては、光透過層の膜厚が
０．４７ｍｍ以下のものが好適である。

【００１９】また、上記記録及び／又は再生装置におい
て、光学素子を移動させる移動手段としては、光源から
出射し光学素子に入射する光の光軸に対して略平行に配
された基準軸と、光学素子を支持するととともに基準軸
に沿って平行移動可能とされた光学素子支持手段と、モ
ータと、モータの回転を光軸方向に沿った平行移動に変
換して光学素子支持手段に伝達するギヤ機構とを備えた
ものが好適である。この場合、移動手段は、モータの回
転をギヤ機構によって光軸方向に沿った平行移動へと変
換して光学素子支持手段を動かすことで、光透過層の厚
さに応じて、球面収差を打ち消すように光学素子を移動
させる。

【００２０】以上のような本発明に係る記録及び／又は
再生装置では、光源と対物レンズとの間に配された所定
の屈折力を有する光学素子を、光透過層の厚さに応じて
球面収差を打ち消すように、移動手段により移動するよ
うにしている。したがって、光透過層に厚み誤差があっ
たとしても、当該厚み誤差に起因する球面収差の発生を
抑えることができる。

【００２１】また、本発明に係る記録及び／又は再生方
法は、情報信号が記録される記録層上に光透過層を有す
る情報記録媒体に対して記録及び／又は再生を行う方法
である。そして、上記情報記録媒体に対して記録及び／
又は再生を行う際に、光を出射する光源と、上記光源か
らの光を上記光透過層を介して上記記録層上に集光させ
る対物レンズと、上記光源と上記対物レンズとの間に配
された所定の屈折力を有する光学素子とを備えた光学ヘ
ッドを使用するとともに、上記光透過層の厚さを検出
し、その検出結果に応じて、球面収差を打ち消すように
上記光学素子を移動させることを特徴としている。

【００２２】なお、上記記録及び／又は再生方法におい
て、上記光学素子としては、例えば、コリメータレンズ
を使用する。この場合、上記光透過層の厚さが規定値通
りならば、上記光源から出射された光を上記コリメータ
レンズによって略平行光として、上記対物レンズに入射
させるようにする。

【００２３】また、上記記録及び／又は再生方法におい
て、上記対物レンズの開口数ＮＡを０．６５以上とする
場合、上記情報記録媒体としては、光透過層の膜厚が
０．４７ｍｍ以下のものが好適である。

【００２４】以上のような本発明に係る記録及び／又は
再生方法では、光源と対物レンズとの間に配された所定
の屈折力を有する光学素子を、光透過層の厚さに応じて
球面収差を打ち消すように移動するようにしている。し
たがって、光透過層に厚み誤差があったとしても、当該
厚み誤差に起因する球面収差の発生を抑えることができ
る。

【００２５】また、本発明に係る厚み検出方法は、情報
信号が記録される記録層上に光透過層を有する情報記録
媒体の上記光透過層の厚みを検出する厚み検出方法であ
る。そして、本発明に係る厚み検出方法では、光源から
光を出射し、上記光源から出射された光を、対物レンズ
によって上記情報記録媒体上に集光させ、上記対物レン
ズによって上記情報記録媒体上に集光され当該情報記録
媒体で反射された戻り光を、光検出器によって受光して
フォーカスエラー信号を検出する。そして、このフォー
カスエラー信号のうち、上記記録層で反射された戻り光
による信号と、上記光透過層の表面で反射された戻り光
による信号とから、上記光透過層の厚さを検出する。

【００２６】以上のような本発明に係る厚み検出方法で
は、フォーカスエラー信号から光透過層の厚さを検出し
ているので、特別な装置を必要とすることなく簡便に光
透過層の厚さを検出することができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。

【００２８】＜光学ヘッド＞本発明を適用した光学ヘッ
ドの一例を図１に示す。この光学ヘッド１は、相変化型
の光ディスク２に対して記録再生を行う際に使用される
光学ヘッドである。なお、ここでは、相変化型の光ディ
スク２に対して記録再生を行う光学ヘッド１を例に挙げ
るが、本発明は、情報信号が記録される記録層上に光透
過層を有する情報記録媒体用の光学ヘッドに対して広く
適用可能であり、記録及び／又は再生の対象となる情報
記録媒体は、再生専用光ディスク、光磁気ディスク又は
光カード等であってもよい。

【００２９】この光学ヘッド１によって記録再生がなさ
れる光ディスク２は、厚さｄが例えば約１．２ｍｍ又は
約０．６ｍｍとされた基板３の上に、相変化によって情
報信号を記録する記録層が形成されるとともに、この記
録層上に、厚さｔが例えば約０．１ｍｍとされた光透過
層４が形成されてなる。ここで、光透過層４は、記録層
を保護する保護層となるものである。そして、この光デ
ィスク２は、基板３の側からではなく、基板３よりも遥
かに膜厚が薄い光透過層４の側から光を入射させて、記
録再生を行うようになっている。

【００３０】このように、記録層に至るまでの厚さが薄
い方の側から光を入射するようにすることで、収差の発
生を抑制することができ、従来のＣＤやＤＶＤ以上の高
記録密度化及び大容量化を図ることができる。ただし、
本発明は、基板側から光を入射させて記録及び／又は再
生を行う情報記録媒体を用いる場合にも適用可能であ
る。

【００３１】そして、この光学ヘッド１は、図１に示す
ように、光源１０と、回折格子１１と、偏光ビームスプ
リッタ１２と、コリメータレンズ１３と、コリメータレ
ンズ用アクチュエータ１４と、１／４波長板１５と、対
物レンズ１６と、対物レンズ用２軸アクチュエータ１７
と、マルチレンズ１８と、光検出器１９とを備えてい
る。

【００３２】上記光源１０は、記録再生時に光ディスク
２に向けて光を出射するものであり、例えば、波長λが
６５０ｎｍの直線偏光レーザ光を出射する半導体レーザ
からなる。この光源１０は、光ディスク２から情報信号
を再生する際は、一定の出力のレーザ光を出射し、光デ
ィスク２に情報信号を記録する際は、記録する信号に応
じて、出射するレーザ光の強度を変調する。

【００３３】なお、本発明において、光源１０から出射
されるレーザ光の波長λは、特に限定されるものではな
い。例えば、６５０ｎｍよりも短波長のレーザ光を出射
する半導体レーザが実用化された場合には、より短波長
のものを用いたほうが、更なる高記録密度化及び大容量
化を図る上で好適である。

【００３４】そして、光源１０から出射されたレーザ光
は、先ず、回折格子１１に入射し、この回折格子１１に
よって回折される。この回折格子１１は、いわゆる３ス
ポット法によるトラッキングサーボを可能とするため
に、レーザ光を少なくとも３つに分割するためのもので
ある。

【００３５】そして、回折格子１１によって回折されて
なる０次光及び±１次光（以下、これらをまとめて「入
射レーザ光」と称する。）は、偏光ビームスプリッタ１
２を透過して、コリメータレンズ１３に入射する。ここ
で、コリメータレンズ１３は、例えば、２枚の球面レン
ズ１３ａ，１３ｂを貼り合わせてなる。

【００３６】コリメータレンズ１３に入射した入射レー
ザ光は、光ディスク２の光透過層４の厚さｔが規定値通
りの場合には、コリメータレンズ１３によって平行光と
される。換言すれば、コリメータレンズ１３は、所定の
屈折力を有する光学素子であり、光ディスク２の光透過
層４の厚さｔが規定値通りの場合には入射レーザ光を平
行光にするように配置されている。

【００３７】なお、このコリメータレンズ１３は、コリ
メータレンズ用アクチュエータ１４に搭載されており、
このコリメータレンズ用アクチュエータ１４によって、
入射レーザ光の光軸に沿って前後に移動可能とされてい
る。そして、このコリメータレンズ１３は、光ディスク
２の光透過層４の厚さｔが規定値から外れている場合に
は、当該光透過層４の厚み誤差に起因する球面収差を補
正するように、コリメータレンズ用アクチュエータ１４
によって移動操作される。すなわち、光ディスク２の光
透過層４の厚さｔが規定値から外れている場合、入射レ
ーザ光は、光透過層４の厚み誤差に起因する球面収差を
補正するように、コリメータレンズ１３によって発散光
或いは収束光とされる。

【００３８】そして、コリメータレンズ１３から出射さ
れた入射レーザ光は、１／４波長板１５を介して、対物
レンズ１６に入射する。ここで、入射レーザ光は、１／
４波長板１５を透過する際に円偏光状態となされ、この
円偏光光束が、対物レンズ１６に入射する。

【００３９】対物レンズ１６は、入射レーザ光を、光デ
ィスク２の記録層上に集光するためのものである。すな
わち、１／４波長板１５によって円偏光状態とされた入
射レーザ光は、対物レンズ１６によって集光されて、光
ディスク２の光透過層４を介して、光ディスク２の記録
層に入射する。

【００４０】なお、この対物レンズ１６は、１枚のレン
ズからなるものであってもよいが、図１に示すように、
２枚のレンズ１６ａ，１６ｂを組み合わせて構成するこ
とが好ましい。対物レンズ１６を２枚のレンズ１６ａ，
１６ｂによって構成した場合には、開口数ＮＡを大きく
しても、各レンズ面の曲率をあまりきつくする必要がな
く作製が容易である。したがって、対物レンズ１６を２
枚のレンズ１６ａ，１６ｂによって構成することによ
り、開口数ＮＡをより大きくすることが容易に可能とな
り、更なる高記録密度化及び大容量化を実現できる。

【００４１】なお、対物レンズ１６は、３枚以上のレン
ズから構成するようにしてもよい。３枚以上のレンズか
ら構成することにより、各レンズ面の曲率をより緩やか
なものとすることができる。しかしながら、レンズの数
が多すぎると、各レンズを精度良く組み合わせることが
難しくなるので、実際には２枚のレンズで構成すること
が好ましい。

【００４２】上述のように対物レンズ１６によって集光
され光ディスク２の記録層に入射した入射レーザ光は、
記録層で反射されて戻り光となる。この戻り光は、元の
光路を辿って対物レンズ１６を透過した後、１／４波長
板１５に入射する。そして、この戻り光は、１／４波長
板１５を透過することにより、往きの偏光方向に対して
９０度回転された直線偏光となり、その後、この戻り光
は、コリメータレンズ１３によって収束光とされた後、
偏光ビームスプリッタ１２に入射し、この偏光ビームス
プリッタ１２によって反射される。

【００４３】偏光ビームスプリッタ１２によって反射さ
れた戻り光は、マルチレンズ１８を介して光検出器１９
に入射し、当該光検出器１９によって検出される。ここ
で、マルチレンズ１８は、光入射面が円筒面となされ、
光出射面が凹面となされたレンズである。このマルチレ
ンズ１８は、戻り光に対して、いわゆる非点収差法によ
るフォーカスサーボを可能とするための非点収差を与え
るためのものである。

【００４４】マルチレンズ１８によって非点収差が与え
られた戻り光を検出する光検出器１９は、例えば６つの
フォトダイオードを備えてなる。そして、光検出器１９
は、各フォトダイオードに入射した戻り光の光強度に応
じた電気信号をそれぞれ出力するとともに、それらの電
気信号に対して所定の演算処理を施して、フォーカスサ
ーボ信号やトラッキングサーボ信号等の信号を生成し出
力する。

【００４５】具体的には、光検出器１９は、マルチレン
ズ１８によって非点収差が与えられた戻り光を検出し
て、いわゆる非点収差法によってフォーカスサーボ信号
を生成し出力する。そして、この光学ヘッド１は、この
フォーカスサーボ信号に基づいて、対物レンズ１６が搭
載された対物レンズ用２軸アクチュエータ１７を駆動す
ることで、フォーカスサーボを行う。

【００４６】また、光検出器１９は、回折格子１１によ
って回折されてなる０次光及び±１次光について、それ
らの戻り光をそれぞれ検出して、いわゆる３ビーム法に
よってトラッキングサーボ信号を生成し出力する。そし
て、この光学ヘッド１は、このトラッキングサーボ信号
に基づいて、対物レンズ１６が搭載された対物レンズ用
２軸アクチュエータ１７を駆動することで、トラッキン
グサーボを行う。

【００４７】更に、光検出器１９は、光ディスク２から
情報信号を再生する際に、各フォトダイオードに入射し
た戻り光の光強度に応じた電気信号に対して所定の演算
処理を施して、光ディスク２からの再生信号を生成し出
力する。

【００４８】なお、この光学ヘッド１では、対物レンズ
１６を対物レンズ用２軸アクチュエータ１７に搭載し、
この対物レンズ用２軸アクチュエータ１７により、フォ
ーカスサーボ及びトラッキングサーボを行うようにして
いるが、本発明に係る光学ヘッドでは、例えば、対物レ
ンズをアクチュエータによって移動操作することにより
行うサーボをフォーカスサーボだけにして、トラッキン
グサーボについては、光学ヘッド全体を動かすことによ
り行うようにしてもよい。

【００４９】上記光学ヘッド１を用いて光ディスク２の
記録層上に光を集光して記録再生を行うとき、光ディス
ク２の光透過層４の厚み誤差によって発生する主な収差
は、デフォーカスによるものと、球面収差によるものと
である。

【００５０】デフォーカスについては、フォーカスサー
ボにより補正される。すなわち、光検出器１９からのフ
ォーカスサーボ信号に基づいて、対物レンズ用２軸アク
チュエータ１７により対物レンズ１６を光軸方向に沿っ
て前後に動かすことで、デフォーカスが補正され、記録
層上に焦点が合わされる。なお、このようなデフォーカ
スについての補正は、従来の光学ヘッドにおいても行わ
れていることである。

【００５１】一方、球面収差については、対物レンズ１
６を光軸方向に沿って前後に移動しても、補正すること
ができない。この球面収差は、例えば、光透過層４の厚
さｔに応じて対物レンズ１６を交換したり、或いは、光
透過層４の厚さｔに応じて対物レンズ１６を構成する光
学媒質の屈折率を変化させたりすれば、補正することが
できる。しかしながら、これらの手法は、あまり現実的
ではない。

【００５２】そこで、本発明を適用した光学ヘッド１で
は、光透過層４の厚さｔに応じて、コリメータレンズ用
アクチュエータ１４により、コリメータレンズ１３を光
軸方向に沿って前後に動かすことで、光透過層４の厚み
誤差に起因する球面収差を補正するようにしている。す
なわち、この光学ヘッド１において、コリメータレンズ
用アクチュエータ１４は、光ディスク２の光透過層４の
厚さｔに応じて、球面収差を打ち消すようにコリメータ
レンズ１３を移動させる移動手段となっている。

【００５３】つぎに、光透過層４の厚み誤差により発生
する球面収差、並びにその補正の方法について詳細に説
明する。

【００５４】光透過層４に厚み誤差があると、上述した
ように、式（１）で表されるような３次の球面収差Ｗ₄₀
が発生する。なお、以下に挙げる式において、Δｔは光
透過層４の厚み誤差、ｎは光透過層４の屈折率、ＮＡは
対物レンズ１６の開口数である。

【００５５】Ｗ₄₀＝｛Δｔ(ｎ²−１)／(８ｎ³)｝ＮＡ⁴ ・・・（１）この式（１）は、縦収差量を対物レンズの開口数ＮＡで
テイラー展開し、波面収差に換算したものである。すな
わち、開口数ＮＡを正弦関数で表し展開すると下記式
（３）で表され、この式（３）の右辺第２項より求めた
波面収差が、上記式（１）で表される３次の球面収差で
ある。

【００５６】 sin(θ)＝ｘ−ｘ³/６＋ｘ⁵/１２０−ｘ⁷/５０４０＋ο(ｘ)⁸ ・・・（３）しかしながら、上記式（３）からも分かるように、実際
には更に高次の収差が存在する。そして、上記式（３）
の右辺第３項より求めた波面収差量は、５次の球面収差
Ｗ₆₀と呼ばれる量であり、下記式（４）で表される。

【００５７】Ｗ₆₀＝｛Δｔ(ｎ²−１)(ｎ²＋３)／４８ｎ⁵｝ＮＡ⁶ ・・・（４）そして、光透過層４の厚み誤差によって発生する３次の
球面収差Ｗ₄₀と５次の球面収差Ｗ₆₀との合計は、上記式
（１）と上記式（４）の合計であり、下記式（５）で表
される。

【００５８】Ｗ≒Ｗ₄₀［１＋｛(ｎ²＋３)／６ｎ²｝ＮＡ²］・・・（５）なお、縦収差量は、上記式（５）を開口数ＮＡで微分す
ることにより求まり、下記式（６）で表される。

【００５９】 δＳ＝｛Δｔ(ｎ²−１)／２ｎ³｝ＮＡ³［１＋｛(ｎ²＋３)／４ｎ²｝ＮＡ²］・・・（６）上記式（１）で表される３次の球面収差Ｗ₄₀は、各光学
面で発生する収差の和で表すことができる。したがっ
て、３次の球面収差Ｗ₄₀だけならば、光源１０から光透
過層４までのどこかに反対符号の球面収差を発生する光
学素子を配置することで補正することが可能である。し
かしながら、上記式（５）から分かるように、光透過層
４の屈折率ｎが小さいほど、また対物レンズ１６の開口
数ＮＡが大きいほど、光透過層４の厚み誤差Δｔによっ
て発生する球面収差において、５次の球面収差Ｗ₆₀の寄
与が大きくなり、３次の球面収差Ｗ₄₀を補正するだけで
は済まなくなってしまう。

【００６０】ここで、３次の球面収差Ｗ₄₀は、光透過層
４の屈折率ｎが３^1/2（≒１．７３２）のときに最大と
なり、光透過層４の屈折率ｎがこれよりも小さくなると
急激に減少する。そして、通常、光透過層４の屈折率ｎ
は１．５程度である。したがって、光透過層４の屈折率
ｎが小さくなることにより、５次の球面収差Ｗ₆₀の寄与
が大きくなったとしても、この５次の球面収差Ｗ₆₀は、
全体の収差量の減少に隠れて、あまり問題とはならな
い。

【００６１】一方、上述したように、対物レンズ１６の
開口数ＮＡが大きくなった場合にも、５次の球面収差Ｗ
₆₀の寄与が大きくなるが、このときの５次の球面収差Ｗ
₆₀の増大は無視できない。例えば、開口数ＮＡが大きく
なり、球面収差全体における５次の球面収差Ｗ₆₀の割合
が最大となった場合には、５次の球面収差Ｗ₆₀が球面収
差全体の４０％程度まで占めることがあり得る。したが
って、特に、開口数ＮＡの大きな系では、５次の球面収
差Ｗ₆₀の影響を十分に考慮する必要がある。

【００６２】具体的には、例えば、開口数ＮＡ＝０．
６、光透過層４の屈折率ｎ＝１．５のとき、光透過層４
の厚み誤差Δｔが３０μｍであったとする。このとき、
当該厚み誤差Δｔに起因する縦収差量を、５次の球面収
差Ｗ₆₀を考慮した上記式（６）より求めると、約１．４
５２μｍとなる。一方、開口数ＮＡ＝０．８５、光透過
層４の屈折率ｎ＝１．５のとき、光透過層４の厚み誤差
Δｔが３０μｍであったとする。このとき、当該厚み誤
差Δｔに起因する縦収差量を、同様に上記式（６）より
求めると、約４．８５０μｍとなる。すなわち、光透過
層４の厚み公差を±０．０３ｍｍとしたとき、開口数Ｎ
Ａが０．６ならば、光透過層４の厚み誤差Δｔに起因す
る縦収差量は１．４５２μｍ以下となるが、開口数ＮＡ
を０．８５とすると、特に５次の球面収差Ｗ₆₀が大きく
なり、当該縦収差量が最大で４．８５０μｍにもなって
しまう。

【００６３】さて、以上のような球面収差を補正する場
合には、上記式（６）で表される球面収差と同じ大きさ
で逆符号の収差を発生させればよい。一番単純な方法と
しては、光源１０とコリメータレンズ１３との間に、平
行平板を入れて補正する方法が考えられる。この場合
は、下記式（７）及び式（８）が成り立てば、５次の球
面収差Ｗ₆₀までの補正が可能である。なお、下記式
（７）及び式（８）において、ＮＡ₀はコリメータレン
ズ１３の光入射側の開口数、ｎ₀は挿入する平行平板の
屈折率、ｎ₁は光透過層４の屈折率、ＮＡ₁は対物レンズ
１６の開口数である。

【００６４】｛(ｎ₁ ²＋３)／ｎ₁ ²｝ＮＡ₁ ²＝｛(ｎ₀ ²＋３)／ｎ₀ ²｝ＮＡ₀ ² ・・・（７）｛(ｎ₁ ²−１)／ｎ₁ ³｝ＮＡ₁ ⁴＝｛(ｎ₀ ²−１)／ｎ₀ ³｝ＮＡ₀ ⁴ ・・・（８）上記式（７）及び（８）が成立するようにするために
は、実際に実現可能な屈折率を考慮すると、対物レンズ
１６の開口数ＮＡ₁と、コリメータレンズ１３の光入射
側の開口数ＮＡ₀とを同じ程度の値にすることが必要で
あり、具体的には、少なくとＮＡ₁／ＮＡ₀≦２を満たす
ようにする必要がある。しかしながら、対物レンズ１６
の開口数ＮＡ₁を大きくした場合に、それに合わせて、
コリメータレンズ１３の光入射側の開口数ＮＡ₀を大き
くすることは、あまり現実的ではない。したがって、光
源１０とコリメータレンズ１３との間に平行平板を入れ
る方法では、球面収差をある程度補正することは可能で
あっても、完全に補正することはできない。

【００６５】更に、平行平板以外の光学素子を用いたと
しても、単に光学素子を光軸上に配するだけでは、全て
の球面収差を完全に補正することは困難である。なぜな
ら、上記式（１）及び式（４）からも分かるように、３
次の球面収差Ｗ₄₀の発生量と、５次の球面収差Ｗ₆₀の発
生量とが、開口数ＮＡによって異なるからである。した
がって、現実的には、光透過層４の厚み公差等を考慮し
て、収差が許容範囲内に納まるように、バランス良く補
正を行うことが望まれる。

【００６６】そこで、本発明を適用した上記光学ヘッド
１では、コリメータレンズ用アクチュエータ１４によっ
てコリメータレンズ１３を光軸方向に沿って移動操作す
ることで、バランスの良い補正を実現している。コリメ
ータレンズ１３を前後に動かすことで、対物レンズ１６
の光入射側の開口数ＮＡが変化し、これにより、球面収
差を補正することができる。

【００６７】なお、上記光学ヘッド１において、コリメ
ータレンズ１３の射出瞳径は、対物レンズ１６の入射瞳
径よりも十分に大きくしておくことが好ましい。これに
より、対物レンズ１６の光入射側の開口数ＮＡが変化し
たとしても、対物レンズ１６の光出射側の開口数ＮＡは
ほぼ一定に保持され、安定な記録再生が可能となる。

【００６８】ところで、上記光学ヘッド１において、コ
リメータレンズ１３の光入射側の開口数ＮＡは、主に光
源１０から出射された入射レーザ光とのカップリング効
率を上げるという観点から設定され、具体的には、０．
３程度以下に設定することが好ましい。一方、対物レン
ズ１６の光出射側の開口数ＮＡは、記録層上に集光され
る光の小径化を図るために大きい方が好ましく、具体的
には、ＤＶＤを越えるような高記録密度化及び大容量化
を図ろうとする場合、この開口数ＮＡを０．６５程度以
上に設定することが好ましい。

【００６９】このように、上記光学ヘッド１では、コリ
メータレンズ１３の光入射側の開口数ＮＡを、対物レン
ズ１６の光出射側の開口数ＮＡに比較してかなり小さく
設定することが好ましく、このように設定した場合、コ
リメータレンズ１３の光軸方向の移動により発生する球
面収差は、主に３次の球面収差Ｗ₄₀である。したがっ
て、コリメータレンズ１３の移動によって、光透過層４
の厚み誤差Δｔに起因する球面収差の全てを完全に除去
することはできない。

【００７０】そこで、コリメータレンズ１３を移動操作
する際は、収差の二乗平均値が最小となるように、コリ
メータレンズ１３の移動先の位置を設定する。具体的に
は、例えば、主光線と周辺光線の光路差を光線追跡法に
より計算し、それらのずれ（すなわち波面収差）の二乗
平均が最小となるようなコリメータレンズ位置を予め算
出しておく。そして、光ディスク２に対して記録再生を
行う際に、光透過層４の厚さｔを検出し、その誤差Δｔ
に応じて、予め算出しておいた位置にコリメータレンズ
用アクチュエータ１４によってコリメータレンズ１３を
移動させる。

【００７１】なお、上記光学ヘッド１では、コリメータ
レンズ１３の焦点距離に比べて、コリメータレンズ１３
の移動距離が十分に小さくなるようにし、コリメータレ
ンズ１３の移動により発生する波面収差Ｗrmsが０．１
λ程度となるようにすることが好ましい。このようにし
た場合には、コリメータレンズ１３の移動量と、当該コ
リメータレンズ１３の移動によって生じる球面収差の発
生量とが、ほぼ線形比例するようになるので、コリメー
タレンズ用アクチュエータ１４の構成並びにその駆動方
法等を簡略なものとすることができる。換言すれば、コ
リメータレンズ１３の焦点距離に比べて、コリメータレ
ンズ１３の移動距離が十分に小さくなるようにすること
は、サーボ機構を構成する上で非常に有利である。

【００７２】なお、上記光学ヘッド１では、コリメータ
レンズ１３を移動操作することで、光透過層４の厚み誤
差Δｔに起因する球面収差を補正するようにしたが、光
透過層４の厚み誤差Δｔに起因する球面収差の補正に用
いる光学素子は、コリメータレンズでなくてもよい。

【００７３】すなわち、本発明において、光透過層４の
厚み誤差Δｔに起因する球面収差の補正に用いる光学素
子は、光源１０と対物レンズ１６との間に配されていれ
ばよく、例えば、光源１０とコリメータレンズ１３との
間にレンズを配置して、このレンズを光軸に沿って前後
に移動操作するようにしても良いし、また、コリメータ
レンズ１３と対物レンズ１６との間にレンズを配置し
て、このレンズを光軸に沿って前後に移動操作するよう
にしても良い。或いは、コリメータレンズ１３を用いず
に、光源１０から出射された光が、発散光のまま対物レ
ンズ１６に入射するようにしてもよく、この場合には、
対物レンズ１６に入射する発散光の光路中にレンズを配
置して、このレンズを光軸に沿って前後に移動操作する
ようにすればよい。

【００７４】ただし、上記光学ヘッド１のように、コリ
メータレンズ１３によって球面収差を補正するようにし
た場合、上記光透過層４の厚さｔが規定値通りであれ
ば、対物レンズ１６に入射する入射レーザ光が平行光と
なるので、対物レンズ１６を取り扱いが容易な無限系の
レンズとして扱うことができる。したがって、実際に
は、上記光学ヘッド１のように、コリメータレンズ１３
を球面収差補正用の光学素子として用いることが好まし
い。

【００７５】また、以上の説明では、光透過層４の厚み
誤差Δｔに起因する球面収差を補正する場合を例に挙げ
たが、更に、温度変化等の環境の変化や、光ディスク２
の径方向における傾きや、光透過層４の屈折率ｎのばら
つきや、光学ヘッド１を構成する光学部材のアライメン
トミスなどを検出し、それらによって生じる収差を補正
するように、収差の補正のために配された光学素子を動
かすようにしてもよい。

【００７６】ところで、上記光学ヘッド１において、対
物レンズ１６の開口数ＮＡは、更なる高記録密度化を図
るために、ＤＶＤの場合よりも更に大きくすることが望
まれており、上述したように、開口数ＮＡを０．６５以
上とすることが望ましい。

【００７７】しかしながら、対物レンズ１６の開口数Ｎ
Ａを大きくすると、上述したような球面収差の問題ほか
に、コマ収差が大きくなるという問題も生じる。コマ収
差は、例えば、光ディスク２の径方向における傾き（以
下、ラジアルスキューと称する。）によって発生するも
のであり、対物レンズ１６の開口数ＮＡの３乗に比例し
て大きくなる。したがって、開口数ＮＡが大きくなるに
従い、コマ収差を抑えることが、より重要となってく
る。

【００７８】コマ収差を抑えるためには、光透過層４の
厚さｔを薄くすることが効果的である。例えば、ＤＶＤ
においてラジアルスキューの公差は±０．４°とされて
おり、それと同じ公差を維持するには、光透過層４の厚
さｔを下記式（９）を満たすように設定すればよい。

【００７９】ｔ≦０．１２９６／ＮＡ³ ・・・（９）そして、例えば、ＮＡ≧０．６５のとき、上記式（９）
を満たすのは、ｔ≦０．４７ｍｍのときである。したが
って、例えば、上記光学ヘッド１において、対物レンズ
１６の開口数ＮＡを０．６５以上とする場合には、光透
過層４の厚さｔを０．４７ｍｍ以下とすることが望まし
い。これにより、対物レンズ１６の開口数ＮＡを０．６
５以上として高記録密度化を図ったとしても、光透過層
４の厚さｔの公差を従来のＤＶＤと同程度に確保するこ
とができる。

【００８０】また、上記式（９）から分かるように、対
物レンズ１６の開口数ＮＡを更に大きくして、ＮＡ≧
０．７としたときには、ｔ≦０．３７ｍｍとすることが
望ましく、また、対物レンズ１６の開口数ＮＡを更に大
きくして、ＮＡ≧０．８５としたときには、ｔ≦０．２
１ｍｍとすることが望ましい。

【００８１】一般に、ラジアルスキューの公差を厳しく
することは困難であり、たとえ実現したとしても、大幅
なコストアップを招いてしまう。しかしながら、上述の
ように、開口数ＮＡの増大に合わせて光透過層４の厚さ
ｔを十分に薄くすることで、対物レンズ１６の開口数Ｎ
Ａを大きくして高記録密度化を図ったとしてもラジアル
スキューの公差をＤＶＤと同程度に確保することができ
る。したがって、上述のように、開口数ＮＡの増大に合
わせて光透過層４の厚さｔを十分に薄くすることによ
り、ラジアルスキューの公差を厳しくすることなく（す
なわち大幅なコストアップを招くことなく）、更なる高
記録密度化を実現することができる。

【００８２】＜記録及び／又は再生装置＞つぎに、本発
明を適用した記録及び／又は再生装置の実施の形態につ
いて、図２に示すように、上述した光学ヘッド１を備
え、上述した光ディスク２に対して記録再生を行う記録
再生装置３０を例に挙げて説明する。

【００８３】なお、ここでは、相変化型の光ディスク２
に対して記録再生を行う記録再生装置３０を例に挙げる
が、本発明は、光学ヘッドを備えた記録及び／又は再生
装置に対して広く適用可能であり、記録及び／又は再生
の対象となる情報記録媒体は、再生専用光ディスク、光
磁気ディスク又は光カード等であってもよい。

【００８４】この記録再生装置３０は、光ディスク２を
回転駆動させるスピンドルモータ３１と、情報信号の記
録再生を行う際に使用される上記光学ヘッド１と、光学
ヘッド１を動かすための送りモータ３２と、所定の変復
調処理を行う変復調回路３３と、光学ヘッド１のサーボ
制御等を行うサーボ制御回路３４と、システム全体の制
御を行うシステムコントローラ３５とを備えている。

【００８５】スピンドルモータ３１は、サーボ制御回路
３４により駆動制御され、所定の回転数で回転駆動され
る。すなわち、記録再生の対象となる光ディスク２は、
スピンドルモータ３１にチャッキングされ、サーボ制御
回路３４により駆動制御されるスピンドルモータ３１に
よって、所定の回転数で回転駆動される。

【００８６】光学ヘッド１は、情報信号の記録再生を行
う際、上述したように、回転駆動される光ディスク２に
対してレーザ光を照射し、その戻り光を検出する。この
光学ヘッド１は、変復調回路３３に接続されている。そ
して、情報信号の記録を行う際、外部回路３６から入力
され変復調回路３３によって所定の変調処理が施された
信号が光学ヘッド１に供給され、光学ヘッド１は、変復
調回路３３から供給された信号に基づいて、光ディスク
２に対して、光強度変調が施されたレーザ光を照射す
る。また、情報信号の再生を行う際、光学ヘッド１は、
回転駆動される光ディスク２に対して、一定出力のレー
ザ光を照射し、その戻り光から再生信号を生成し、当該
再生信号を変復調回路３３に供給する。

【００８７】また、この光学ヘッド１は、サーボ制御回
路３４にも接続されている。そして、情報信号の記録再
生時に、回転駆動される光ディスク２によって反射され
て戻ってきた戻り光から、上述したように、フォーカス
サーボ信号及びトラッキングサーボ信号を生成し、それ
らのサーボ信号をサーボ制御回路３４に供給する。

【００８８】変復調回路３３は、システムコントローラ
３５及び外部回路３６に接続されている。そして、この
変復調回路３３は、情報信号を光ディスク２に記録する
際は、システムコントローラ３５による制御のもとで、
光ディスク２に記録する信号を外部回路３６から受け取
り、当該信号に対して所定の変調処理を施す。そして、
変復調回路３３によって変調された信号は、光学ヘッド
１に供給される。また、この変復調回路３３は、情報信
号を光ディスク２から再生する際は、システムコントロ
ーラ３５による制御のもとで、光ディスク２から再生さ
れた再生信号を光学ヘッド１から受け取り、当該再生信
号に対して所定の復調処理を施す。そして、変復調回路
３３によって復調された信号は、変復調回路３３から外
部回路３６へ出力される。

【００８９】送りモータ３２は、情報信号の記録再生を
行う際、光学ヘッド１を光ディスク２の径方向の所定の
位置に送るためのものであり、サーボ制御回路３４から
の制御信号に基づいて駆動される。すなわち、この送り
モータ３２は、サーボ制御回路３４に接続されており、
サーボ制御回路３４により制御される。

【００９０】サーボ制御回路３４は、システムコントロ
ーラ３５による制御のもとで、光学ヘッド１が光ディス
ク２に対向する所定の位置に送られるように、送りモー
タ３２を制御する。また、サーボ制御回路３４は、スピ
ンドルモータ３１にも接続されており、システムコント
ローラ３５による制御のもとで、スピンドルモータ３１
の動作を制御する。すなわち、サーボ制御回路３４は、
情報信号の記録再生時に、光ディスク２が所定の回転数
で回転駆動されるように、スピンドルモータ３１を制御
する。また、サーボ制御回路３４は、光学ヘッド１にも
接続されており、情報信号の記録再生時に、光学ヘッド
１からサーボ信号を受け取り、当該サーボ信号に基づい
て、光学ヘッド１に搭載された対物レンズ用２軸アクチ
ュエータ１７によるフォーカスサーボ及びトラッキング
サーボの制御を行う。

【００９１】更に、本発明を適用した記録再生装置３０
において、サーボ制御回路３４は、フォーカスサーボ信
号に基づいて光ディスク２の光透過層４の厚さｔを検出
する厚さ検出手段としても機能する。以下、サーボ制御
回路３４による光透過層４の厚さ検出方法について説明
する。

【００９２】光学ヘッド１の光検出器１９からサーボ制
御回路３４に送られるフォーカスサーボ信号には、フォ
ーカス引き込み信号と、フォーカスエラー信号とがあ
る。フォーカス引き込み信号は、光ディスク２によって
反射された戻り光全体の光量を示す信号であり、対物レ
ンズ１６をフォーカス位置近傍に移動させるために使用
される。一方、フォーカスエラー信号は、フォーカス引
き込み信号に基づいて対物レンズ１６がフォーカス位置
近傍に移動された後、対物レンズ１６をジャストフォー
カス位置に保持するための信号である。

【００９３】なお、上記記録再生装置３０では、非点収
差法によりフォーカスエラー信号を得ている。非点収差
法は、戻り光の集束光路中に、ガラス材等からなる平行
平板や円筒レンズ等の光学素子を配し、意図的に大きな
非点収差を発生させ、最小錯乱円前後のビーム形状を検
出し、フォーカスエラー信号を得る方法である。

【００９４】ここで、非点収差法について、図３に示す
ように、非点収差を発生させる光学素子として平行平板
２０を用いた場合を例に挙げて説明する。なお、図１に
示した光学ヘッド１では、非点収差を発生させる光学素
子としてマルチレンズ１８を用いているが、ここでは、
簡単のために、非点収差を発生させる光学素子として平
行平板２０を用いた場合を例に挙げる。

【００９５】図３に示すように、非点収差を発生させる
光学素子として平行平板２０を用いた場合の非点収差量
δ_yは、光学戻りの開口の角度をθとし、有限光中に配
置された平行平板２０の屈折率をｎ、その厚さをｔとし
たとき、下記式（１０）のように表される。

【００９６】 δ_y＝｛（ｎ²−１）ｓｉｎ²θ×ｔ｝／（ｎ²−ｓｉｎ²θ）^3/2 ・・・（１０）そして、非点収差法によりフォーカスエラー信号を検出
する際は、このように非点収差が与えられた光を、光検
出器によって検出する。図４乃至図６に、非点収差法に
よりフォーカスエラー信号を検出する光検出器の受光部
を示す。この受光部２１は、矩形状とされ、互いに直交
する２本の分割線によって４分割されている。レーザ光
が光ディスクの記録層上にジャストフォーカスしている
場合に、受光部２１上のビームスポット２２が最小錯乱
円となるように光検出器をセットすると、非合焦状態で
は、受光部２１上のビームスポット２２が楕円形状に変
わる。したがって、受光部２１の４分割された領域をそ
れぞれＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとすると、フォーカスエラー信号
ＦＥは、受光部２１が受けた光量を電流−電圧変換増幅
器によって増幅演算することにより、ＦＥ＝（Ａ＋Ｃ）
−（Ｂ＋Ｄ）の電圧信号として得られる。

【００９７】例えば、レーザ光が光ディスクの記録層上
に合焦している場合、図４に示すように、受光部２１上
のビームスポット２２の形状は略円形状である。そし
て、受光部２１の各領域における受光光量は（Ａ＋Ｃ）
＝（Ｂ＋Ｄ）となり、ＦＥ＝０となる。

【００９８】また、光ディスクの記録層がレーザ光の合
焦点よりも近い位置にある場合、図５に示すように、受
光部２１上のビームスポット２２の形状は楕円形とな
る。そして、受光部の各領域における受光光量は（Ａ＋
Ｃ）＜（Ｂ＋Ｄ）となり、ＦＥ＜０となる。

【００９９】また、光ディスクの記録層がレーザ光の合
焦点よりも遠い位置にある場合、図６に示すように、受
光部２１上のビームスポット２２の形状は楕円形とな
る。そして、受光部２１の各領域における受光光量は
（Ａ＋Ｃ）＞（Ｂ＋Ｄ）となり、ＦＥ＞０となる。

【０１００】このようにして得られるフォーカスエラー
信号は、横軸にフォーカスずれ量をとり、縦軸に当該フ
ォーカスエラー信号の出力をとると、一般に図７に示す
ようなＳ字状の曲線となる。そして、このＳ字曲線の中
心に位置するゼロ点がジャストフォーカス点となる。な
お、このＳ字曲線の一方のピークＰａから他方のピーク
Ｐｂまでの範囲Ｗａは、一般にフォーカス引き込み範囲
と称される。

【０１０１】そして、上記光学ヘッド１において、フォ
ーカスサーボを行うときには、先ず、フォーカス引き込
み信号を検出しながら、対物レンズ用２軸アクチュエー
タ１７を駆動して、対物レンズ１６を光軸に沿って前後
に移動させる。そして、フォーカス引き込み信号に基づ
いて、対物レンズ１６の焦点が記録層の近傍に位置する
ようにする。そして、対物レンズ１６の焦点が記録層の
近傍に位置し、対物レンズ１６の位置がフォーカス引き
込み範囲に入ったら、その後は、フォーカスエラー信号
に基づいて、常にジャストフォーカス位置となるように
（すなわち、フォーカスエラー信号が常にゼロ点となる
ように）、対物レンズ用２軸アクチュエータ１７によっ
て対物レンズ１６を光軸に沿って前後に移動させる。こ
れにより、常に記録層に焦点が合った状態となる。

【０１０２】以上がフォーカスサーボの原理である。そ
して、従来の記録再生装置では、以上のようなフォーカ
スサーボを行うために、記録層によって反射された戻り
光によるフォーカスエラー信号を用いている。しかしな
がら、入射レーザ光は、記録層で反射されるだけでな
く、光ディスク２の表面、すなわち光透過層４の表面で
も、若干反射する。そして、フォーカスエラー信号に
は、光透過層４の表面で反射された戻り光によっても、
図７に示したようなＳ字曲線が現れる。なお、以下の説
明では、フォーカスエラー信号に現れるＳ字曲線のう
ち、光ディスク２の光透過層４の表面で反射された戻り
光によるものを第１のＳ字曲線と称し、光ディスク２の
記録層で反射された戻り光によるものを第２のＳ字曲線
と称する。

【０１０３】そして、本発明を適用した記録再生装置３
０では、このような第１のＳ字曲線と第２のＳ字曲線と
が現れるフォーカスエラー信号に基づいて、光透過層４
の厚さｔを検出する。すなわち、本発明を適用した記録
再生装置３０では、記録再生を行う前に、対物レンズ１
６の焦点位置が光透過層４の表面から記録層に至るま
で、対物レンズ用２軸アクチュエータ１７によって対物
レンズ１６を光軸に沿って前後に動かし、このときの対
物レンズ１６の移動速度とフォーカスエラー信号に現れ
る第１及び第２のＳ字曲線とに基づいて、光透過層４の
厚さｔを検出する。

【０１０４】具体例を図８を用いて説明する。なお、図
８は、対物レンズ１６を光軸に沿って光ディスク２に近
づける方向に移動させたときのフォーカスエラー信号の
出力を示しており、横軸は時間、縦軸はフォーカスエラ
ー信号の出力を示している。

【０１０５】また、図８において、Ｗ₁は、対物レンズ
１６が第１のＳ字曲線におけるフォーカス引き込み範囲
を通過するのに要した時間である。すなわち、Ｗ₁は、
対物レンズ１６の移動によって、フォーカスエラー信号
が第１のＳ字曲線における最大値から最小値に至るまで
に要した時間である。また、Ｐ１は、光ディスク２の光
透過層４の表面に焦点が合っているポイント、すなわち
光透過層４の表面に対するジャストフォーカス点であ
る。

【０１０６】また、図８において、Ｗ₂は、対物レンズ
１６が第２のＳ字曲線におけるフォーカス引き込み範囲
を通過するのに要した時間である。すなわち、Ｗ₂は、
対物レンズ１６の移動によって、フォーカスエラー信号
が第２のＳ字曲線における最大値から最小値に至るまで
に要した時間である。また、Ｐ２は、光ディスク２の記
録層に焦点が合っているポイント、すなわち記録層に対
するジャストフォーカス点である。

【０１０７】また、図８において、Ｗ₃は、光ディスク
２の光透過層４の表面に焦点が合っているポイントＰ１
から、光ディスク２の記録層に焦点が合っているポイン
トＰ２に至るまでに要した時間である。

【０１０８】このとき、フォーカス引き込み範囲の長さ
をＡとすると、光透過層４の厚さｔは、下記式（１１）
で表される。なお、フォーカス引き込み範囲の長さＡ
は、現在の多くの光学ヘッドでは、２０μｍ程度に設定
されている。

【０１０９】ｔ＝Ｗ₃×｛（Ａ／Ｗ₁）²＋（Ａ／Ｗ₂）²｝^1/2 ・・・（１１）そして、本発明を適用した記録再生装置３０において、
サーボ制御回路３４は、上記式（１１）に基づいて光透
過層４の厚さｔを求める。これにより、上記記録再生装
置３０において、サーボ制御回路３４は、光ディスク２
の光透過層４の厚さｔを検出する厚さ検出手段として機
能することとなる。

【０１１０】なお、このような光透過層４の厚さｔの検
出は、１回だけ行うようにしてもよいが、複数回繰り返
し行い、それらの平均を求めるようにすることが好まし
い。すなわち、光透過層４の厚さｔを検出する際は、対
物レンズ用２軸アクチュエータ１７を所定の周波数（例
えば１００〜２００Ｈｚ程度）にて繰り返し前後に移動
させて、繰り返し光透過層４の厚さｔを求め、それらの
平均を求めるようにすることが好ましい。これにより、
光透過層４の厚さｔの検出をより精度良く行うことがで
きる。

【０１１１】そして、以上のように光透過層４の厚さｔ
を検出したサーボ制御回路３４は、コリメータレンズ用
アクチュエータ１４によってコリメータレンズ１３を移
動させて光透過層４の厚み誤差に起因する球面収差を最
小とするように、光学ヘッド１に制御信号を送出する。
そして、光学ヘッド１は、この制御信号に基づいて、光
透過層４の厚み誤差に起因する球面収差が最小となるよ
うに、コリメータレンズ用アクチュエータ１４によって
コリメータレンズ１３を移動させる。そして、記録再生
装置３０は、以上のように光透過層３の厚み誤差に起因
する球面収差を補正した上で、従来の記録再生装置と同
様に記録再生動作を行う。

【０１１２】以上のように、本発明を適用した記録再生
装置３０では、記録再生を行う前に、光透過層４の厚さ
ｔを測定し、その厚み誤差に起因する球面収差を補正す
るようにしている。したがって、光ディスク２の光透過
層４に厚み誤差があったとしても、球面収差の発生が抑
えられ、良好な状態で記録再生を行うことができる。

【０１１３】＜光学ヘッドの他の構成例＞本発明を適用
した光学ヘッドは、光透過層の厚さに応じて、所定の屈
折力を有する光学素子を、球面収差を打ち消すように移
動させるようになされていれば良く、図１に示した構成
に限定されるものではない。以下、本発明を適用した光
学ヘッドの他の構成例を、図９乃至図１１を参照して説
明する。

【０１１４】図９に示す光学ヘッド１００は、相変化型
の光ディスク１０１に対して記録再生を行う際に使用さ
れる光学ヘッドである。この光学ヘッド１００によって
記録再生がなされる光ディスク１０１は、基板１０２の
上に、相変化によって情報信号を記録する記録層が形成
されるとともに、この記録層上に、光透過層１０３が形
成されてなる。そして、この光ディスク１０１は、光透
過層１０３の側から光を入射させて、記録再生を行うよ
うになっている。

【０１１５】この光学ヘッド１００は、光ディスク１０
１の光透過層１０３の厚みを検出する第１の光学系１０
４と、光ディスク１０１に情報の記録再生を行う第２の
光学系１０５とを備えている。そして、第２の光学系１
０５は、光ディスク１０１に情報の記録再生を行う際
に、第１の光学系１０４で検出された光ディスク１０１
の光透過層１０３の厚みに基づいて、光ディスク１０１
の光透過層１０３の厚み誤差に起因する球面収差を補正
する。

【０１１６】第１の光学系１０４は、光源１０６と、偏
光ビームスプリッタ１０７と、コリメータレンズ１０８
と、対物レンズ１０９と、光検出器１１０とを備えてい
る。

【０１１７】光源１０６は、光ディスク１０１に向かっ
て光を出射する。この光源１０６には、波長が６３５ｎ
ｍ〜６５０ｎｍ程度の短波長レーザを発する半導体レー
ザが用いられる。光源１０６から出射されたレーザ光
は、偏光ビームスプリッタ１０７で反射され、コリメー
タレンズ１０８に入射する。

【０１１８】コリメータレンズ１０８に入射したレーザ
光は、当該コリメータレンズ１０８によって平行光とさ
れる。このコリメータレンズ１０８は、例えば、２枚の
球面レンズ１０８ａ，１０８ｂが貼り合わされてなる。
そして、コリメータレンズ１０８で平行光とされたレー
ザ光は、対物レンズ１０９に入射する。

【０１１９】対物レンズ１０９に入射したレーザ光は、
当該対物レンズ１０９によって集光され、光透過層１０
３を介して光ディスク１０１の記録層上に入射する。ま
た、この対物レンズ１０９は、２軸アクチュエータ１１
１に搭載されており、光軸方向及び光軸に垂直な方向に
沿って移動可能となされている。

【０１２０】上述のように対物レンズ１０９によって集
光され光ディスク１０１の記録層に入射したレーザ光
は、記録層で反射されて戻り光となる。この戻り光は、
元の光路を辿って対物レンズ１０９を透過した後、コリ
メータレンズ１０８によって収束光とされる。そして、
偏光ビームスプリッタ１０７を透過して光検出器１１０
に入射し、この光検出器１１０によって検出される。

【０１２１】このような第１の光学系１０４では、上述
したように、光ディスク１０１の光透過層１０３の表面
及び記録層におけるフォーカスエラー信号から、光ディ
スク１０１の光透過層１０３の厚さを検出する。

【０１２２】また、第２の光学系１０５は、光源１１２
と、シリンドリカルレンズ１１３と、偏光ビームスプリ
ッタ１１４と、コリメータレンズ１１５と、回折格子１
１６と、立ち上げミラー１１７と、１／４波長板１１８
と、２群対物レンズ１１９と、光検出器１２０とを備え
る。

【０１２３】光源１１２は、光ディスク１０１に向かっ
て光を出射する。この光源１１２には、波長が４００ｎ
ｍ〜６５０ｎｍ程度の短波長レーザを発する半導体レー
ザが用いられる。光源１１２から出射されたレーザ光
は、シリンドリカルレンズ１１３に入射する。

【０１２４】シリンドリカルレンズ１１３に入射したレ
ーザ光は、当該シリンドリカルレンズ１１３によってビ
ーム整形される。そして、シリンドリカルレンズ１１３
によってビーム整形されたレーザ光は、偏光ビームスプ
リッタ１１４を透過してコリメータレンズ１１５に入射
する。

【０１２５】コリメータレンズ１１５に入射したレーザ
光は、光ディスク１０１の光透過層１０３の厚さが規定
値通りの場合には、当該コリメータレンズ１１５によっ
て平行光とされる。なお、このコリメータレンズ１１５
は、例えば、２枚の球面レンズ１１５ａ，１１５ｂが貼
り合わされてなる。また、このコリメータレンズ１１５
は、コリメータレンズ用アクチュエータ１２１に搭載さ
れており、このコリメータレンズ用アクチュエータ１２
１によって、入射レーザ光の光軸に沿って前後に移動可
能とされている。

【０１２６】そして、このコリメータレンズ１１５は、
光ディスク１０１の光透過層１０３の厚さが規定値から
外れている場合には、当該光透過層１０３の厚み誤差に
起因する球面収差を補正するように、コリメータレンズ
用アクチュエータ１２１によって移動操作される。すな
わち、光ディスク１０１の光透過層１０３の厚さが規定
値から外れている場合、レーザ光は、光透過層１０３の
厚み誤差に起因する球面収差を補正するように、コリメ
ータレンズ１１５によって発散光或いは収束光とされ
る。そして、コリメータレンズ１１５から出射したレー
ザ光は、回折格子１１６に入射する。

【０１２７】回折格子１１６に入射したレーザ光は、当
該回折格子１１６によって回折されて３ビームとされ
る。この回折格子１１６は、いわゆる３スポット法によ
るトラッキングサーボを可能とするために、レーザ光を
少なくとも３つに分割するためのものである。そして、
回折格子１１６から出射したレーザ光は、立ち上げミラ
ー１１７によってその進行方向を折り曲げられて１／４
波長板１１８に入射する。

【０１２８】１／４波長板１１８に入射したレーザ光
は、当該１／４波長板１１８によって直線偏光から円偏
光とされる。そして、１／４波長板１１８から出射した
レーザ光は、２群対物レンズ１１９に入射する。

【０１２９】２群対物レンズ１１９に入射したレーザ光
は、当該２群対物レンズ１１９によって集光され、光透
過層１０３を介して光ディスク１０１の記録層上に入射
する。なお、この２群対物レンズ１１９は、例えば、２
枚のレンズ１１９ａ，１１９ｂからなる。また、この２
群対物レンズ１１９は、２軸アクチュエータ１１１に搭
載されており、光軸方向及び光軸に垂直な方向に沿って
移動可能となされている。

【０１３０】上述のように２群対物レンズ１１９によっ
て集光され光ディスク１０１の記録層に入射した入射レ
ーザ光は、記録層で反射されて戻り光となる。この戻り
光は、元の光路を辿って２群対物レンズ１１９を透過し
た後、コリメータレンズ１１５によって収束光とされた
後、偏光ビームスプリッタ１１４で反射して光検出器１
２０に入射し、この光検出器１２０によって検出され
る。

【０１３１】また、この第２の光学系１０５は、図９に
示すように、偏光ビームスプリッタ１１４により反射さ
れたレーザ光を集光する集光レンズ１２２と、この集光
レンズ１２２により集光されたレーザ光を受光して、そ
の受光量に基づいて、光源１１２から出射されるレーザ
光の出力を自動調整する出力調整用光検出器１２３とを
備えている。

【０１３２】そして、この光学ヘッド１００では、第１
の光学系１０４の対物レンズ１０９と、第２の光学系１
０５の２群対物レンズ１１９とが、２軸アクチュエータ
１１１に搭載されて、２軸方向に駆動変位することによ
り、光ディスク１０１に対するトラッキング制御及びフ
ォーカス制御が行われる。

【０１３３】図１０及び図１１に、２軸アクチュエータ
１１１の一構成例を示す。この２軸アクチュエータ１１
１は、対物レンズ１０９と２群対物レンズ１１９とが取
り付けられるボビン１３０と、このボビン１３０を互い
に直交する２軸方向に移動させる電磁駆動機構１３１と
を備えている。

【０１３４】ボビン１３０は、図１０及び図１１に示す
ように、天板を有する略円筒状に形成され、中心部を支
軸１３２によって支持されている。そして、ボビン１３
０は、支軸１３２の軸線方向に摺動可能であって支軸１
３２の軸回り方向に回動可能に支持されている。このボ
ビン１３０には、対物レンズ１０９と２群対物レンズ１
１９とが、支軸１３２を挟んで点対称な位置に配され、
光軸が互いに平行となるように設けられている。

【０１３５】ボビン１３０を駆動変位させる電磁駆動機
構１３１は、図１０及び図１１に示すように、フォーカ
シング用マグネット１３３及びフォーカシング用ヨーク
１３４，１３５と、トラッキング用マグネット１３６及
びトラッキング用ヨーク１３７，１３８とを有する磁気
回路と、フォーカシング用コイル１３９及びトラッキン
グ用コイル１４０とを備えて構成されている。

【０１３６】また、この電磁駆動機構１３１のトラッキ
ング用コイル１４０の内方には、図１１に示すように、
ボビン１３０の中立位置を位置決めするための金属片１
４１が固定されて設けられている。ボビン１３０は、金
属片１４１が単面２極分割されたトラッキング用マグネ
ット１３６の２極の境界に引きつけられることによっ
て、第２の方向であるトラッキング方向の中立位置に位
置決めされるとともに、第１の方向であるフォーカス方
向の中立位置に位置決めされる。また、ボビン１３０
は、支軸１３２が立設された支持基台１４２上に、弾性
を有するゴム等によって構成された中立点支持機構によ
って中立位置に保持される。

【０１３７】このように中立位置に保持されたボビン１
３０は、電磁駆動機構１３１によって駆動変位されるこ
とによって支軸１３２の軸線方向に摺動され、さらに支
軸１３２の軸回り方向に回動される。

【０１３８】すなわち、この電磁駆動機構１３１は、フ
ォーカシング用コイル１３９にフレキシブル基板１４３
を介してフォーカスエラー信号が供給されることによ
り、ボビン１３０を支軸１３２の軸線方向に駆動変位さ
せる。そして、ボビン１３０が支軸１３２の軸線方向に
摺動変位されることによって、２群対物レンズ１１９及
び２群対物レンズ１１９の光ディスク１０１に対するフ
ォーカス制御が行われる。

【０１３９】また、この電磁駆動機構１３１は、トラッ
キング用コイル１４０にフレキシブル基板１４３を介し
てトラッキングエラー信号が供給されることにより、ボ
ビン１３０を支軸１３２の軸回り方向に回動変位させ
る。そして、ボビン１３０が支軸１３２の軸回り方向に
回動変位されることによって、対物レンズ１０９及び２
群対物レンズ１１９の光ディスク１０１に対するトラッ
キング制御が行われる。

【０１４０】なお、この光学ヘッド１００では、フォー
カスサーボ方法として、いわゆる非点収差法が用いられ
ており、トラッキングサーボ方法として、いわゆる３ス
ポット法が用いられている。非点収差法は、光ディスク
からの反射レーザ光を例えばシリンドリカルレンズを介
して検出領域が４分割された光検出器によって検出し、
各検出領域から得られる検出出力の和及び／又は差を求
めることによって、レーザ光の記録層に対する合焦ずれ
成分であるフォーカスエラー信号を得るようにしたもの
である。

【０１４１】また、３スポット法は、光源から出射され
る１本のレーザ光を回折格子等を用いて、１本の主レー
ザ光（０次光）と２本の副レーザ光（±１次光）に分割
し、記録トラックの中心に照射される主レーザ光の前後
に２本の副レーザ光を照射する。主レーザ光の前後に照
射された副レーザ光の反射レーザ光を、２つの受光部を
有する光検出器により検出し、各受光部から得られる検
出出力の差を求めることによって、主レーザ光の記録ト
ラックに対するずれ成分であるトラッキングエラー信号
を得るようにしたものである。

【０１４２】このような光学ヘッド１００を用いて、光
ディスク１０１からの再生を行う場合には、まず、第１
の光学系１０４で、光ディスク１０１の光透過層１０３
の表面及び記録層におけるフォーカスエラー信号から、
光ディスク１０１の光透過層１０３の厚さを検出する。
すなわち、この第１の光学系１０４では、上述したよう
に、対物レンズ１０９の焦点位置が光透過層１０３の表
面から記録層に至るまで、２軸アクチュエータ１１１に
よって対物レンズ１０９を光軸に沿って前後に動かし、
このときの対物レンズ１０９の移動速度と、フォーカス
エラー信号に現れる第１のＳ字曲線及び第２のＳ字曲線
とに基づいて、上述した式（１１）から光透過層１０３
の厚さを検出する。

【０１４３】そして、第１の光学系１０４で検出された
光ディスク１０１の光透過層１０３の厚みは、図示しな
い制御回路によって演算されて予め決められたテーブル
や関数に従って判定される。光透過層１０３の厚みを判
定した制御回路は、光ディスク１０１の厚み誤差に起因
する球面収差を補正するための動作を決定し、その動作
を指示する制御信号を第２の光学系１０５に送出する。
そして、第２の光学系１０５では、この制御信号に基づ
いて、光透過層１０３の厚み誤差に起因する球面収差が
最小となるように、コリメータレンズ用アクチュエータ
１２１によってコリメータレンズ１１５を関数的に若し
くは段階的に移動させる。

【０１４４】そして、第２の光学系１０５では、以上の
ように光透過層１０３の厚み誤差に起因する球面収差を
補正した上で、光ディスク１０１に対して記録再生動作
を行う。このように、コリメータレンズ用アクチュエー
タ１２１によってコリメータレンズ１１５を最適位置へ
動かすことにより、光透過層１０３の厚みの誤差によっ
て発生する球面収差を補正し、良好な信号を得ることが
できる。

【０１４５】また、第２の光学系１０５において光ディ
スク１０１を再生する場合、第１の光学系１０４は、第
２の光学系１０５におけるワーキングディスタンス、す
なわち、光ディスク１０１と２群対物レンズ１１９との
間隔を検出するための光学系として機能する。

【０１４６】第２の光学系１０５では、２群対物レンズ
１１９を光軸方向に沿って動かすことによりフォーカス
引き込み動作を行うが、２群対物レンズ１１９が高開口
数であるため、フォーカス引き込み範囲が狭く、光ディ
スク１０１と２群対物レンズ１１９との間の作動距離が
例えば０．５ｍｍ以下とされている。そのため、光ディ
スク１０１に面揺れが生じたり、光ディスク１０１の高
さが基準よりもずれていたりすると、フォーカス引き込
み動作時に、光ディスク１０１と２群対物レンズ１１９
とが衝突する恐れがある。

【０１４７】そのため、第２の光学系１０５でフォーカ
ス引き込み動作を行う際に、第１の光学系１０４を補助
的に用いることで、光ディスク１０１と２群対物レンズ
１１９との衝突を防止する。

【０１４８】すなわち、第２の光学系１０５でフォーカ
ス引き込み動作を行う際、第１の光学系１０４も、光源
１０６から出射したレーザ光を光ディスク１０１に照射
し、その反射光を光検出器１１０によって受光すること
で、フォーカスエラー信号を検出する。このフォーカス
エラー信号に基づいて、第１の光学系１０４の対物レン
ズ１０９と共通のボビン１３０に搭載されている２群対
物レンズ１１９のおよその位置を検出する。そして、上
記光学ヘッド１００では、このように第１の光学系１０
４で検出した２群対物レンズ１１９の位置情報に基づい
て、２軸アクチュエータ１１１を動作させることで、光
ディスク１０１と２群対物レンズ１１９との衝突を防止
する。

【０１４９】なお、第１の光学系１０４のフォーカス引
き込み範囲を２群対物レンズ１１９が大きく外れてしま
ったときには、第１の光学系１０４でもフォーカスエラ
ー信号が得られなくなってしまう。その場合は、例え
ば、第１の光学系１０４により光ディスク１０１からの
反射光全体を検出し、そのレベルに基づいて２群対物レ
ンズ１１９を第１の光学系１０４のフォーカス引き込み
範囲に引き入れる。

【０１５０】このように、この光学ヘッド１００では、
第２の光学系１０５で光ディスク１０１の再生を行う際
に、第１の光学系１０４をフォーカス引き込みの補助光
学系として使用することで、光ディスク１０１の面揺れ
や高さずれ等があっても、光ディスク１０１に２群対物
レンズ１１９が衝突することなく、確実にフォーカス引
き込みを行うことができる。

【０１５１】なお、第１の光学系１０４におけるフォー
カス引き込みの補助機能及びワーキングディスタンスの
検出方法は、非点収差法以外の方法、例えば差動同心円
法等によるものであってもよい。

【０１５２】＜コリメータレンズの移動手段の構成例＞
上記光学ヘッド１では、光ディスク２の光透過層４の厚
さに応じて球面収差を打ち消すようにコリメータレンズ
１３を移動させる移動手段として、コリメータレンズ用
アクチュエータ１４を用いていた。また、上記光学ヘッ
ド１００では、光ディスク１０１の光透過層１０３の厚
さに応じて球面収差を打ち消すようにコリメータレンズ
１１５を移動させる移動手段として、コリメータレンズ
用アクチュエータ１２１を用いていた。以下、このよう
な移動手段（以下、レンズ駆動機構と称する。）の具体
的な構成例を図１２及び図１３を参照して説明する。

【０１５３】図１２及び図１３に示すレンズ駆動機構１
６０は、情報記録媒体の光透過層の厚さに応じて球面収
差を打ち消すようにコリメータレンズを移動させるため
のものであり、光軸に対して平行に配置された基準軸１
６１と、光軸に対して平行に配置された副基準軸１６２
と、これらの基準軸１６１，１６２によって支持された
コリメータレンズホルダ１６３とを備えている。

【０１５４】基準軸１６１及び副基準軸１６２は、光学
ヘッドの固定部に取り付けられて固定される。また、コ
リメータレンズホルダ１６３は、これらの基準軸１６
１，１６２に対して光軸方向に摺動移動可能に支持され
る。そして、球面収差を打ち消すように移動操作される
コリメータレンズは、このコリメータレンズホルダ１６
３に搭載される。すなわち、このレンズ駆動機構１６０
は、コリメータレンズホルダ１６３を基準軸１６１及び
副基準軸１６２に沿って前後に動かすことで、コリメー
タレンズホルダ１６３に搭載されたコリメータレンズを
光軸方向に対して平行に前後に動かす。

【０１５５】また、このレンズ駆動機構１６０は、コリ
メータレンズホルダ１６３を基準軸１６１及び副基準軸
１６２に沿って前後に動かす駆動機構として、コリメー
タレンズホルダ１６３を動かす駆動源となるＤＣモータ
１６４と、ＤＣモータ１６４の回転を光軸方向に沿った
平行移動に変換してコリメータレンズホルダ１６３に伝
達するギヤ機構１６５とを備えている。そして、ＤＣモ
ータ１６４の回転をギヤ機構１６５によって光軸方向に
沿った平行移動へと変換してコリメータレンズホルダ１
６３を動かすことで、情報記録媒体の光透過層の厚さに
応じて、球面収差を打ち消すようにコリメータレンズを
移動させる。

【０１５６】上記ギヤ機構１６５は、コリメータレンズ
ホルダ１６３に取り付けられたラック１６６と、ＤＣモ
ータ１６４の回転力を伝達するためにＤＣモータ１６４
の回転軸に取り付けられた第１のギヤ１６７と、ＤＣモ
ータ１６４の回転を光軸方向に沿った平行移動に変換す
るための第２のギヤ１６８と、第２のギヤ１６８によっ
て光軸方向に沿った平行移動に変換された駆動力をラッ
ク１６６に伝達するための第３のギヤ１６９とを備え
る。

【０１５７】なお、このレンズ駆動機構１６０は、光学
ヘッドの固定部に取り付けられる台座１７０を備えてお
り、ＤＣモータ１６４、第２のギヤ１６８及び第３のギ
ヤ１６９は、台座１７０に取り付けられている。また、
第３のギヤ１６９から駆動力が伝達されるラック１６６
は、ラック１６６と第３のギヤ１６９との間のバックラ
ッシを除去するために、２枚のラック１６６ａ，１６６
ｂが重ね合わされた２枚構造となっており、それらのラ
ック１６６ａ，１６６ｂがバネ１７１により連結されて
いる。

【０１５８】このレンズ駆動機構１６０で、コリメータ
レンズを移動操作する際は、ＤＣモータ１６４を回転さ
せる。これにより、第１のギヤ１６７が回転する。この
第１のギヤ１６７の回転は、第２のギヤ１６８に伝達さ
れ、光軸方向に沿った平行移動に変換される。第２のギ
ヤ１６８によって光軸方向に沿った平行移動に変換され
た駆動力は、第３のギヤ１６９を介してラック１６６に
伝達される。

【０１５９】ここで、ラック１６６はコリメータレンズ
ホルダ１６３に取り付けられており、コリメータレンズ
ホルダ１６３は基準軸１６１，１６２に対して光軸方向
に摺動移動可能に支持されている。したがって、第３の
ギヤ１６９を介してラック１６６に伝達された駆動力に
より、コリメータレンズホルダ１６３は、光軸方向に移
動することとなる。これにより、コリメータレンズホル
ダ１６３に搭載されたコリメータレンズが、光軸方向に
移動操作されることとなる。

【０１６０】以上のようなレンズ駆動機構１６０では、
コリメータレンズの移動を精度良く行うことができる。
したがって、このようなレンズ駆動機構１６０を用いる
ことで、光透過層の厚さのばらつきに起因する球面収差
を非常に良く打ち消すことが可能となる。

【０１６１】例えば、上記レンズ駆動機構１６０におい
て、ＤＣモータ１６４としてパルス駆動型ステッピング
モータを用い、１パルスでの回転でコリメータレンズの
移動距離が１３．８μｍとなるようにしたとする。これ
を後述する実施例１の光学系に採用した場合、ＤＣモー
タの１パルスでの回転による球面収差補正量は、光透過
層の厚さムラに換算すると約０．２μｍ相当となる。こ
れは、光透過層の厚さのばらつきに起因する球面収差を
補正するには十分な値である。

【０１６２】しかも、以上のようなレンズ駆動機構１６
０は、比較的に簡易な構成なので、小型化しやすく、し
かも製造コストで少なくてすむという利点もある。

【０１６３】

【実施例】以下、本発明を適用した光学ヘッドの光学系
の要部について、その具体的な実施例を説明する。

【０１６４】なお、以下の説明では、コリメータレンズ
を含む往路光学系の具体例を挙げ、当該コリメータレン
ズの移動によって成される球面収差の補正について説明
するが、コリメータレンズの移動距離やその精度は、通
常の設計においては、対物レンズの設計によらず、対物
レンズの光出射側の開口数ＮＡと、光ディスクの記録層
上に形成された光透過層の厚さとにだけ依存する。した
がって、以下の説明において、対物レンズについては、
光出射側の開口数ＮＡについてだけ具体的な数値を挙
げ、その他のレンズデータは省略する。

【０１６５】また、以下の説明では、コリメータレンズ
として球面貼り合わせレンズを使用した例（実施例１）
と、コリメータレンズとして表面位相型のホログラムレ
ンズを使用した例（実施例２）とを挙げるが、本発明に
おいて、コリメータレンズには任意のものが使用可能で
ある。すなわち、コリメータレンズとして、例えば、非
球面レンズやフレネルレンズ等も使用可能であるし、或
いは、いわゆる体積位相型のホログラムレンズ等も使用
可能である。

【０１６６】＜実施例１＞本実施例の光学系を図１４に
示す。この光学系は、基板５０ａの表面に記録層が形成
され当該記録層上に光透過層５０ｂが形成されてなる光
ディスク５０に対して記録再生を行う際に使用される光
学ヘッドの光学系の要部であり、光源と対物レンズ５１
との間に、回折格子５２と、偏光ビームスプリッタ５３
と、コリメータレンズ５４と、開口絞り５５とが配され
てなる。ここで、コリメータレンズ５４は、色消しのた
めに、球面レンズからなる第１のレンズ５４ａと、球面
レンズからなる第２のレンズ５４ｂとを貼り合わせた球
面貼り合わせレンズであり、その光入射側の開口数ＮＡ
は０．１４とされている。

【０１６７】この光学系のレンズデータを表１に示す。
なお、表１では、この光学系のレンズデータについて、
物体面をＯＢＪ、回折格子５２の光入射面をｓ１、回折
格子５２の光出射面をｓ２、偏光ビームスプリッタ５３
の光入射面をｓ３、偏光ビームスプリッタ５３の光出射
面をｓ４、コリメータレンズ５４を構成する第１のレン
ズ５４ａの光入射面をｓ５、コリメータレンズ５４を構
成する第１のレンズ５４ａと第２のレンズ５４ｂとの貼
り合わせ面をｓ６、コリメータレンズ５４を構成する第
２のレンズ５４ｂの光出射面をｓ７として示している。
また、ｓ８はダミー面であり、ＳＴＯは、対物レンズ５
１に対応した開口絞り５５である。

【０１６８】

【表１】

【０１６９】ここで、光ディスク５０の光透過層５０ｂ
の厚さは０．１ｍｍ、対物レンズ５１の開口数ＮＡは
０．８５、使用する光の波長λは６３５ｎｍとする。そ
して、この光学系の物像間の倍率は０．１８９１であ
る。

【０１７０】以上のような光学系について、光透過層５
０ｂの厚み誤差と、波面収差との関係を図１５に示す。
なお、図１５において、波面収差については、射出瞳面
上での標準偏差ＷＦＥrmsを、使用する光の波長をλと
して示している。また、図１５において、点線Ａ１は、
コリメータレンズ５４を動かしていない場合（すなわ
ち、球面収差の補正を行っていない場合）について、光
透過層５０ｂの厚み誤差と波面収差との関係を示してい
る。また、図１５において、実線Ａ２は、点線Ａ３に示
すように光透過層５０ｂの厚み誤差に応じてコリメータ
レンズ５４を動かした場合（すなわち、球面収差の補正
を行った場合）について、光透過層５０ｂの厚み誤差と
波面収差との関係を示している。

【０１７１】図１５に示すように、光ディスク５０の光
透過層５０ｂに厚み誤差がない場合、この光学系におい
て、波面収差は約０．００３λである。そして、図１５
から分かるように、コリメータレンズ５４を動かさない
場合には、光透過層５０ｂの厚み誤差があると波面収差
が非常に大きくなってしまうが、光透過層５０ｂの厚み
誤差に応じてコリメータレンズ５４を動かすことによ
り、光透過層５０ｂの厚み誤差によって発生する波面収
差を大幅に抑制することができる。

【０１７２】具体的には、図１５から分かるように、光
透過層５０ｂの厚さにばらつきがあったとしても、下記
式（１２）に示すようにコリメータレンズ５４を移動さ
せることで、波面収差を抑制することができ、これによ
り、例えば、光透過層５０ｂの厚み誤差が±１０μｍ程
度の範囲内であれば、波面収差を０．０１λ以下に抑え
ることが可能となる。

【０１７３】ΔＬ≒２１Δｔ・・・（１２）なお、上記式（１２）において、ΔＬは、コリメータレ
ンズ４３の移動量であり、光ディスク５０から遠ざかる
方向を正としている。また、Δｔは、光ディスク５０の
光透過層５０ｂの厚み誤差である。

【０１７４】＜実施例２＞本実施例の光学系を図１６に
示す。この光学系は、基板６０ａの表面に記録層が形成
され当該記録層上に光透過層６０ｂが形成されてなる光
ディスク６０に対して記録再生を行う際に使用される光
学ヘッドの光学系の要部であり、光源と対物レンズ６１
との間に、ホログラムレンズからなるコリメータレンズ
６２と、開口絞り６３とが配されてなる。

【０１７５】この光学系のレンズデータを表２に示す。
なお、表２では、この光学系のレンズデータについて、
物体面をＯＢＪ、コリメータレンズ６２の光入射面をｓ
１、コリメータレンズ６２の光出射面をｓ２として示し
ている。また、ｓ３はダミー面であり、ＳＴＯは、対物
レンズ６１に対応した開口絞り６３である。

【０１７６】

【表２】

【０１７７】ここで、光ディスク６０の光透過層６０ｂ
の厚さは０．１ｍｍ、対物レンズ６１の開口数ＮＡは
０．８５、使用する光の波長λは６３５ｎｍとする。そ
して、この光学系の物像間の倍率は０．１８９１であ
る。

【０１７８】なお、上記コリメータレンズ６２は、入射
光に位相差を生じさせて回折させる、いわゆる表面位相
型のホログラムレンズであり、その光入射側の開口数Ｎ
Ａは０．１６とされている。

【０１７９】このコリメータレンズ６２は、透過光に位
相差が生じるように、レンズ表面に機械加工が施されて
なる。すなわち、このコリメータレンズ６２は、レンズ
表面に機械加工が施されることにより、透過光に位相差
が生じるようになされており、これにより、光の回折を
生じさせる。そして、本実施例の光学系では、このコリ
メータレンズ６２によって回折されてなる１次回折光
が、開口絞り６３を介して対物レンズ６１に入射するよ
うになされている。

【０１８０】なお、このコリメータレンズ６２は、表面
形状がブレーズド形状（すなわち鋸の歯のような形状）
とされていることが好ましい。表面形状をブレーズド形
状とした場合には、入射光のうちの１００％近くが１次
回折光となるので、高い光利用効率が得られる。

【０１８１】そして、このコリメータレンズ６２の特性
は、下記式（１３）に示す位相差関数で表される。

【０１８２】ｍ＝Ｃ₁Ｒ²＋Ｃ₂Ｒ⁴＋Ｃ₃Ｒ⁶＋Ｃ₄Ｒ⁸ ・・・（１３）上記式（１３）は、表面位相型のホログラムレンズであ
るコリメータレンズ６２の製造時に２つの点光源が無限
遠にあるとしたときの各面での位相ずれを、基板上の極
座標多項式で表したものであり、ｍは回折基準波長での
光路差を示している。また、本実施例で用いるコリメー
タレンズ６２は、位相差関数が軸対象となるホログラム
レンズであり、上記式（１３）において、Ｒは光軸から
の距離を示している。そして、表２におけるＣ₁，Ｃ₂，
Ｃ₃，Ｃ₄は、このコリメータレンズ６２について、回折
基準波長を６３５ｎｍとしたときの位相差関数の各係数
を示している。

【０１８３】以上のような光学系について、光透過層６
０ｂの厚み誤差と、波面収差との関係を図１７に示す。
なお、図１７においても、図１６と同様に、波面収差に
ついては、射出瞳面上での標準偏差ＷＦＥrmsを、使用
する光の波長をλとして示している。また、図１７にお
いて、実線Ａ４は、点線Ａ５に示すように光透過層６０
ｂの厚み誤差に応じてコリメータレンズ６２を動かした
場合（すなわち、球面収差の補正を行った場合）につい
て、光透過層６０ｂの厚み誤差と波面収差との関係を示
している。

【０１８４】図１７に示すように、光ディスク６０の光
透過層６０ｂに厚み誤差がない場合、この光学系におい
て、波面収差は約０．００３λである。そして、図１７
から分かるように、光透過層６０ｂの厚み誤差に応じて
コリメータレンズ６２を動かすことにより、光透過層６
０ｂの厚み誤差によって発生する波面収差が大幅に抑制
される。具体的には、図１７から分かるように、光透過
層６０ｂの厚さにばらつきがあったとしても、下記式
（１４）に示すようにコリメータレンズ６２を移動させ
ることで、波面収差を抑制することができる。

【０１８５】ΔＬ≒１４Δｔ・・・（１４）なお、上記式（１４）において、ΔＬは、コリメータレ
ンズ６２の移動量であり、光ディスク６０から遠ざかる
方向を正としている。また、Δｔは、光ディスク６０の
光透過層６０ｂの厚み誤差である。

【０１８６】ところで、実施例１及び実施例２のように
コリメータレンズを移動させると、レンズ間に偏心が生
じたり、レンズ面に傾きが生じたりする恐れがある。こ
のような偏心や傾きはコマ収差や非点収差の原因とな
り、これらのコマ収差や非点収差があまりに大きくなる
と、システムが破綻してしまう。しかし、実施例１及び
実施例２の光学系では、コリメータレンズの光入射側の
開口数ＮＡが小さいので、レンズ間の偏心やレンズ面の
傾きの影響を受け難い。具体的には、これらの光学系で
は、３０μｍ程度の偏心や０．１°程度の傾きまでなら
ば、コマ収差や非点収差の発生量は十分に少なく、実用
上問題はない。

【０１８７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、対物レンズの開口数ＮＡを大きくしても、光
透過層の厚み誤差に起因する球面収差を低く抑えること
が可能となる。したがって、本発明によれば、光透過層
の厚み誤差の公差を大きく許容したまま、情報記録媒体
の製造原価を上げることなく、情報記録媒体の高記録密
度化及び大容量化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した光学ヘッドの一例を示す図で
ある。

【図２】本発明を適用した記録及び／又は再生装置の一
例を示す図である。

【図３】非点収差を説明する図である。

【図４】非点収差法における光検出器の受光部の一例を
示す図である。

【図５】非点収差法における光検出器の受光部の一例を
示す図である。

【図６】非点収差法における光検出器の受光部の一例を
示す図である。

【図７】フォーカスエラー信号に現れるＳ字曲線を示す
図である。

【図８】対物レンズを光軸に沿って光ディスクに近づけ
る方向に移動させたときのフォーカスエラー信号の出力
を示す図である。

【図９】本発明を適用した光学ヘッドの他の一例を示す
図である。

【図１０】図９の光学ヘッドで使用されている２軸アク
チュエータの一例を示す平面図である。

【図１１】図９の光学ヘッドで使用されている２軸アク
チュエータの一例を示す側面図である。

【図１２】レンズ駆動機構の一構成例を示す斜視図であ
る。

【図１３】図１２に示したレンズ駆動機構の平面図であ
る。

【図１４】実施例１の光学系の概略を示す図である。

【図１５】実施例１について、光透過層の厚み誤差と、
波面収差と、コリメータレンズの移動量との関係を示す
図である。

【図１６】実施例２の光学系の概略を示す図である。

【図１７】実施例２について、光透過層の厚み誤差と、
波面収差と、コリメータレンズの移動量との関係を示す
図である。

【符号の説明】

１光学ヘッド、２光ディスク、３基板、４
光透過層、１０光源、１１回折格子、１２
偏光ビームスプリッタ、１３コリメータレンズ、
１４コリメータレンズ用アクチュエータ、１５１
／４波長板、１６対物レンズ、１７対物レンズ用
２軸アクチュエータ、１８マルチレンズ、１９
光検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者坂本敏東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者川村洋東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】情報信号が記録される記録層上に光透過
層を有する情報記録媒体用の光学ヘッドであって、光を出射する光源と、上記光源からの光を上記光透過層を介して上記記録層上
に集光させる対物レンズと、上記光源と上記対物レンズとの間に配され、所定の屈折
力を有する光学素子と、上記光透過層の厚さに応じて、球面収差を打ち消すよう
に上記光学素子を移動させる移動手段とを備えることを
特徴とする光学ヘッド。
【請求項２】上記光学素子は、コリメータレンズから
なることを特徴とする請求項１記載の光学ヘッド。
【請求項３】上記光透過層の膜厚が０．４７ｍｍ以下
であり、上記対物レンズの開口数ＮＡが０．６５以上であること
を特徴とする請求項１記載の光学ヘッド。
【請求項４】上記移動手段は、上記光源から出射し上記光学素子に入射する光の光軸に
対して略平行に配された基準軸と、上記光学素子を支持するととともに、上記基準軸に沿っ
て平行移動可能とされた光学素子支持手段と、モータと、上記モータの回転を光軸方向に沿った平行移動に変換し
て上記光学素子支持手段に伝達するギヤ機構とを備え、上記モータの回転を上記ギヤ機構によって光軸方向に沿
った平行移動へと変換して上記光学素子支持手段を動か
すことで、上記光透過層の厚さに応じて、球面収差を打
ち消すように上記光学素子を移動させることを特徴とす
る請求項１記載の光学ヘッド。
【請求項５】情報信号が記録される記録層上に光透過
層を有する情報記録媒体に対して記録及び／又は再生を
行う記録及び／又は再生装置であって、上記光透過層の厚さを検出する厚さ検出手段と、上記情報記録媒体に対して上記光透過層を介して上記記
録層に光を照射するとともに、その反射光を検出する光
学ヘッドとを備え、上記光学ヘッドは、光を出射する光源と、上記光源からの光を上記光透過層を介して上記記録層上
に集光させる対物レンズと、上記光源と上記対物レンズとの間に配され、所定の屈折
力を有する光学素子と、上記厚さ検出手段によって検出された上記光透過層の厚
さに応じて、球面収差を打ち消すように上記光学素子を
移動させる移動手段とを備えることを特徴とする記録及
び／又は再生装置。
【請求項６】上記光学素子は、コリメータレンズから
なることを特徴とする請求項５記載の記録及び／又は再
生装置。
【請求項７】上記光透過層の膜厚が０．４７ｍｍ以下
であり、上記対物レンズの開口数ＮＡが０．６５以上であること
を特徴とする請求項５記載の記録及び／又は再生装置。
【請求項８】上記移動手段は、上記光源から出射し上記光学素子に入射する光の光軸に
対して略平行に配された基準軸と、上記光学素子を支持するととともに、上記基準軸に沿っ
て平行移動可能とされた光学素子支持手段と、モータと、上記モータの回転を光軸方向に沿った平行移動に変換し
て上記光学素子支持手段に伝達するギヤ機構とを備え、上記モータの回転を上記ギヤ機構によって光軸方向に沿
った平行移動へと変換して上記光学素子支持手段を動か
すことで、上記光透過層の厚さに応じて、球面収差を打
ち消すように上記光学素子を移動させることを特徴とす
る請求項５記載の記録及び／又は再生装置。
【請求項９】情報信号が記録される記録層上に光透過
層を有する情報記録媒体に対して記録及び／又は再生を
行う際に、光を出射する光源と、上記光源からの光を上記光透過層
を介して上記記録層上に集光させる対物レンズと、上記
光源と上記対物レンズとの間に配された所定の屈折力を
有する光学素子とを備えた光学ヘッドを使用するととも
に、上記光透過層の厚さを検出し、その検出結果に応じて、
球面収差を打ち消すように上記光学素子を移動させるこ
とを特徴とする記録及び／又は再生方法。
【請求項１０】上記光学素子として、コリメータレン
ズを使用することを特徴とする請求項９記載の記録及び
／又は再生方法。
【請求項１１】上記光透過層の膜厚が０．４７ｍｍ以
下であり、上記対物レンズの開口数ＮＡが０．６５以上であること
を特徴とする請求項９記載の記録及び／又は再生方法。
【請求項１２】情報信号が記録される記録層上に光透
過層を有する情報記録媒体の上記光透過層の厚みを検出
するに際し、光源から光を出射し、上記光源から出射された光を、対物レンズによって上記
情報記録媒体上に集光させ、上記対物レンズによって上記情報記録媒体上に集光され
当該情報記録媒体で反射された戻り光を、光検出器によ
って受光してフォーカスエラー信号を検出し、上記フォーカスエラー信号のうち、上記記録層で反射さ
れた戻り光による信号と、上記光透過層の表面で反射さ
れた戻り光による信号とから、上記光透過層の厚さを検
出することを特徴とする厚み検出方法。